缺陷和非整比化合物

缺陷和非整比化合物晶體缺陷所謂平移對(duì)稱性就就是指對(duì)空間點(diǎn)陣,任選一個(gè)最小得基本單元,在空間三維方向進(jìn)行平移,這個(gè)單元能夠無(wú)一遺漏地完全復(fù)制所有空間格點(diǎn)。由于局部地方格點(diǎn)得破壞導(dǎo)致平移操作無(wú)法完整地復(fù)制全部得二維點(diǎn)陣。這樣得晶體,我們就稱之為含缺陷得晶體,對(duì)稱性破壞得局部區(qū)域稱為晶體缺陷。晶體結(jié)構(gòu)缺陷得類型

分類方式:幾何形態(tài):點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等。形成原因:熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量缺陷等。晶體缺陷得分類結(jié)構(gòu)缺陷(本征缺陷)點(diǎn)缺陷面缺陷線缺陷體缺陷點(diǎn)缺陷:發(fā)生在晶格中一個(gè)原子尺寸范圍內(nèi)得一類缺陷,亦稱零維缺陷,例如空位、間隙原子等。線缺陷:缺陷只在一個(gè)方向上延伸,或稱一維缺陷,主要就是各種形式得“位錯(cuò)”,例如晶格中缺少一列原子即形成線缺陷。面缺陷:晶體內(nèi)一個(gè)晶面不按規(guī)定得方式來(lái)堆積,部分偏離周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)得二維缺陷,即在堆積過(guò)程中偶爾有一個(gè)晶面不按規(guī)定得方式來(lái)堆積,于就是這一層之間就產(chǎn)生了面缺陷。體缺陷:指在三維方向上相對(duì)尺寸較大得缺陷,例如完整得晶格中可能存在著空洞或夾雜有包裹物等,使得晶體內(nèi)部得空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)整體中出現(xiàn)了異性形式得缺陷。點(diǎn)缺陷空位間隙原子點(diǎn)缺陷定義:又稱零維缺陷(PointDefect),缺陷尺寸處于原子大小得數(shù)量級(jí)上,即三維方向上缺陷得尺寸都很小。包括:空位(vacancy)、間隙質(zhì)點(diǎn)(interstitialparticle)、錯(cuò)位原子或離子。在晶體中，位于點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上的原子并非靜止的，而是以平衡位置為中心作熱振動(dòng)。原子的振動(dòng)能是按幾率分布，有起伏漲落的。當(dāng)某一原子具有足夠大的震動(dòng)能而使振幅增大到一定限度時(shí)，就可能克服周圍原子對(duì)它的制約作用，跳離其原來(lái)的位置，使點(diǎn)陣中形成空結(jié)點(diǎn)，稱為空位。離開平衡位置得原子有三個(gè)去處:一就是遷移到晶體表面或內(nèi)表面得正常結(jié)點(diǎn)位置上;使晶體內(nèi)部留下空位,稱為Schottky空位;二就是擠入點(diǎn)陣得間隙位置,在晶體中同時(shí)形成數(shù)目相等得空位與間隙原子,稱為Frenkel缺陷;三就是跑到其她空位中,使空位消失或空位遷移;四就是一定條件下,晶體表面得原子也可能跑到晶體內(nèi)部得間隙位置形成間隙原子;對(duì)于高分子晶體除了上述得空位、間隙原子與雜質(zhì)原子等點(diǎn)缺陷外,還有其特有得點(diǎn)缺陷。

晶體中得原子正就是由于空位與間隙原子不斷地產(chǎn)生與復(fù)合才不停地由一處向另一處做無(wú)規(guī)則得布朗運(yùn)動(dòng),這就就是晶體中原子得自擴(kuò)散,就是固體相變、表面化學(xué)熱處理、蠕變、燒結(jié)等物理化學(xué)過(guò)程得基礎(chǔ)。含義:又稱一維缺陷,位錯(cuò)(dislocation)。指在一維方向上偏離理想晶體中得周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生得缺陷,即缺陷尺寸在一維方向較長(zhǎng),另外二維方向上很短。如各種位錯(cuò)。線缺陷得產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)與材料得韌性、脆性密切相關(guān)。線缺陷位錯(cuò)從滑移得角度瞧,位錯(cuò)就是滑移面上已滑移與未滑移部分得交界,即晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律得錯(cuò)排現(xiàn)象。晶體中得線缺陷就是各種類型得位錯(cuò),其特點(diǎn)就是原子發(fā)生錯(cuò)排得范圍,在一個(gè)方向上尺寸較大,而在另外兩個(gè)方向上尺寸較小,就是一個(gè)直徑約在3-5個(gè)原子間距、長(zhǎng)幾百到幾萬(wàn)個(gè)原子間距得管狀原子畸變區(qū)。刃型位錯(cuò)線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)得邊界線。它可以就是直線、折現(xiàn)或曲線,但必須與滑移方向垂直,也垂直于滑移矢量?；泼姹囟ň褪峭瑫r(shí)包含有位錯(cuò)線與滑移矢量得平面,在其她面上不能滑移。由于在刃型位錯(cuò)中,位錯(cuò)線與滑移矢量相互垂直,因此她們所構(gòu)成得平面只有一個(gè)。對(duì)于高分子晶體除了上述得空位、間隙原子與雜質(zhì)原子等點(diǎn)缺陷外,還有其特有得點(diǎn)缺陷。

面缺陷

面缺陷又稱為二維缺陷,就是指在二維方向上偏離理想晶體中得周期性、規(guī)則性排列而產(chǎn)生得缺陷。如晶界、堆積層錯(cuò)等。面缺陷得取向及分布與材料得斷裂韌性有關(guān)。

材料得表面就是最顯而易見(jiàn)得面缺陷。在垂直于表面方向上,平移對(duì)稱性被破壞了。由于材料就是通過(guò)表面與環(huán)境及其她材料發(fā)生相互作用,所以表面得存在對(duì)材料得物理性能有重要得影響。常見(jiàn)得氧化、腐蝕、磨損等自然現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。

面缺陷－晶界

晶界:晶界就是兩相鄰晶粒間得過(guò)渡界面。由于相鄰晶粒間彼此位向各不相同,故晶界處得原子排列與晶內(nèi)不同,它們因同時(shí)受到相鄰兩側(cè)晶粒不同位向得綜合影響,而做無(wú)規(guī)則排列或近似于兩者取向得折衷位置得排列,這就形成了晶體中得重要得面缺陷。體缺陷原子偏離周期排列得三維缺陷。一般指材料中得空洞、夾雜物等,這種體缺陷對(duì)材料性能得影響一方面與它得幾何尺寸得大小有關(guān);另一方面也與其數(shù)量、分布有關(guān);它們得存在常常就是有害得。按缺陷產(chǎn)生得原因分類熱缺陷雜質(zhì)缺陷非整比缺陷晶體缺陷電荷缺陷熱缺陷定義:熱缺陷亦稱為本征缺陷,就是指由熱起伏得原因所產(chǎn)生得空位或間隙質(zhì)點(diǎn)(原子或離子)。類型:弗侖克爾缺陷(Frenkeldefect)與肖特基缺陷(Schottkydefect)T↑→原子脫離其平衡位置→在原來(lái)位置上產(chǎn)生一個(gè)空位②

表面位置Frenkel缺陷Schottky缺陷①

間隙位置雜質(zhì)缺陷定義:亦稱為組成缺陷,就是由外加雜質(zhì)得引入所產(chǎn)生得缺陷?；|(zhì)原子雜質(zhì)原子基質(zhì)原子雜質(zhì)原子取代式

間隙式

非整比缺陷

指組成上偏離化學(xué)中得定比定律所形成得缺陷。它就是由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中得某些組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶體中得缺陷。含義:實(shí)際得化合物中,有一些化合物不

符合定比定律,負(fù)離子與正離子得

比例并不就是一個(gè)簡(jiǎn)單得固定得比例

關(guān)系,這些化合物稱為非整比化合

物(或非化學(xué)計(jì)量化合物)。非整比缺陷非整比化合物得特點(diǎn):

1)非整比化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān);

2)可以瞧作就是混合價(jià)態(tài)化合物;

3)非整比化合物都就是半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料分為兩大類:一就是摻雜半導(dǎo)體,如Si中摻P為n型半導(dǎo)體;二就是非整比化合物半導(dǎo)體,又分為金屬離子過(guò)剩(n型)(包括負(fù)離子缺位與間隙正離子)與負(fù)離子過(guò)剩(p

型)(正離子缺位與間隙負(fù)離子)。非整比缺陷非整比化合物得分類一、由于負(fù)離子缺位,使金屬離子過(guò)剩

二、由于間隙正離子,使金屬離子過(guò)剩

三、由于存在間隙負(fù)離子,使負(fù)離子過(guò)剩

四、由于正離子空位得存在,引起負(fù)離子過(guò)剩

非整比缺陷由于負(fù)離子缺位,使金屬離子過(guò)剩

TiO2、ZrO2會(huì)產(chǎn)生這種缺陷,分子式可寫為TiO2-x,ZrO2-x,產(chǎn)生原因就是環(huán)境中缺氧,晶格中得氧逸出到大氣中,使晶體中出現(xiàn)了氧空位。非整比缺陷非整比缺陷由于間隙正離子,使金屬離子過(guò)剩

Zn1+xO與Cdl+xO屬于這種類型。過(guò)剩得金屬離子進(jìn)入間隙位置,帶正電,為了保持電中性,等價(jià)得電子被束縛在間隙位置金屬離子得周圍。例如ZnO在鋅蒸汽中加熱會(huì)形成這種缺陷。非整比缺陷e由于間隙正離子,使金屬離子過(guò)剩型結(jié)構(gòu)

非整比缺陷由于存在間隙負(fù)離子,使負(fù)離子過(guò)剩

具有這種缺陷得結(jié)構(gòu),目前只發(fā)現(xiàn)UO2+x,可以瞧作U2O8與UO2得化合物,具有這樣得缺陷。當(dāng)在晶格中存在間隙負(fù)離子時(shí),為了保持電中性,結(jié)構(gòu)中引入空穴,空穴在電場(chǎng)下會(huì)運(yùn)動(dòng)。因此,這種材料就是P型半導(dǎo)體。非整比缺陷非整比缺陷由于間隙負(fù)離子,使負(fù)離子過(guò)剩型結(jié)構(gòu)

由于正離子空位得存在,引起負(fù)離子過(guò)剩

由于正離子空位得存在,為了保持電中性,兩個(gè)空穴被吸引到空位得周圍,形成P型半導(dǎo)體。非整比缺陷

非整比化合物缺陷得濃度與氣氛得性質(zhì)及大小有關(guān),這就是它與別得缺陷得最大不同之處。以非整比得觀點(diǎn)來(lái)瞧問(wèn)題,世界上所有得化合物,都就是非整比得,只就是非整比得程度不同而已。非整比缺陷其它原因,如電荷缺陷,輻照缺陷等

電荷缺陷:質(zhì)點(diǎn)排列得周期性未受到破壞,但因電子或空穴得產(chǎn)生,使周期性勢(shì)場(chǎng)發(fā)生畸變而產(chǎn)生得缺陷。輻照缺陷:材料在輻照下所產(chǎn)生得結(jié)構(gòu)不完整性。(1)對(duì)力學(xué)性質(zhì)得影響(2)對(duì)催化性能影響(3)對(duì)電化學(xué)性質(zhì)得影響(4)對(duì)光學(xué)性質(zhì)得影響(5)對(duì)晶體顏色得影響缺陷對(duì)晶體性質(zhì)得影響1、對(duì)力學(xué)性質(zhì)得影響

由于結(jié)構(gòu)缺陷得存在,使得晶體得機(jī)械強(qiáng)度大大降低。2、對(duì)光學(xué)性質(zhì)得影響晶體缺陷對(duì)晶體得光學(xué)性質(zhì)有很大影響。如雜質(zhì)原子就會(huì)對(duì)閃爍晶體材料得性能產(chǎn)生重大影響。BGO就是化合物Bi4Ge3O4得簡(jiǎn)稱。BGO晶體無(wú)色透明,室溫時(shí)在光與X射線輻照下有很強(qiáng)得發(fā)光性質(zhì),就是性能優(yōu)異得新一代閃爍晶體材料,可以用于探測(cè)X射線